Uso de amido como auxiliar de floculação no tratamento de água_vfinal

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Uso de amido como auxiliar de floculao no tratamento de gua Vanessa da Silva Sanguanini Aluno da Faculdade de Engenharia Qumica Pontifcia Universidade Catlica do Rio Grande do Sul Av. Ipiranga, 6681. Partenon. Porto Alegre/RS. CEP 90619-900. RESUMO Este estudo apresenta uma forma alternativa para a reduo do uso de floculante inorgnico, prezando pela segurana da sade da populao e proteo ao meio ambiente. Testou-se um auxiliar de floculao orgnico, o amido de batata, para reduzir o uso de sulfato de alumnio mantendo a eficincia da estao de tratamento de gua. Os ensaios de clarificao foram realizados por teste de jarros, buscando uma dosagem tima do floculante primrio e posteriormente a dosagem ideal combinada deste com o floculante auxiliar. A combinao ideal foi testada em uma estao piloto de tratamento de gua e obtivemos resultados satisfatrios, com uma reduo de aproximadamente 20% no uso de sulfato de alumnio. PALAVRAS-CHAVE: polmero natural, sulfato de alumnio, auxiliar de floculao para tratamento de gua, coagulao com amido, tratamento de gua.

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INTRODUOO tratamento para potabilizar a gua para uso humano uma necessidade.

Embora este seja um processo h muito utilizado, ainda deixa a desejar no que diz respeito segurana da populao e do meio ambiente. A maioria das estaes de tratamento de gua municipais utiliza processos e produtos qumicos tradicionais, implantados em uma poca onde no havia tanta preocupao com o meio ambiente. Uma ETA convencional apresenta as etapas de floculao (coagulao), sedimentao, filtrao e desinfeco. O foco deste trabalho est na etapa de floculao, onde ocorre a aplicao de produtos qumicos que, se mal dosados, podem causar transtornos nas etapas posteriores do processo e gerao de resduos prejudiciais ao ecossistema. Um dos floculantes mais utilizados o sulfato de alumnio. Ele atua bem em diversas faixas de pH e tem grande poder de remoo de carga orgnica. O sulfato de alumnio reage com a alcalinidade da gua, precipitando o hidrxido de alumnio, um composto de alta massa molecular e carga positiva, conforme o conjunto de reaes:

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Al2 ( SO4 )3 2 Al +3 + 3SO4 2 Al +3 + H 2O AlOH +2 + H + + AlOH +2 + H 2O AlOH 2 + H + + AlOH 2 + H 2O Al (OH )3Slido + H + Al (OH )3Slido + H 2O AlOH 4 + H +

Fonte: Apostila Coagulao e Floculao; Piveli, R. P.; Ferreira Filho, S. S., 2004.

Ele atua atravs da atrao das partculas com carga negativa, dando peso ao floco e acelerando o processo de sedimentao. No entanto, se no for dosado em quantidade adequada, o mecanismo reacional no ocorre por completo e tem-se um residual de alumnio tambm na gua tratada. Resolvendo o problema da dosagem correta, elimina-se o problema do resduo na gua, mas ainda tem-se o acmulo no lodo. A maioria das ETAs municipais no possui um sistema de tratamento desse lodo, sendo que o mesmo retorna ao manancial com toda a carga orgnica removida e os qumicos adicionados para tratamento, quando da lavagem dos filtros e decantadores, gerando mais uma fonte poluidora. Visando reduzir a quantidade de sulfato de alumnio utilizada, este estudo prope o uso concomitante do amido de batata como um auxiliar de floculao. Em uma primeira etapa, foram realizados ensaios de clarificao para determinar as dosagens ideais do floculante primrio e da combinao com o floculante auxiliar. Posteriormente, baseado nos resultados obtidos, essas dosagens ideais foram testadas numa estao piloto de tratamento de gua, levando em conta os parmetros fsicoqumicos que sofrem alterao nessa etapa do tratamento. O estudo foi realizado na estao de tratamento de gua da CORSAN, no municpio de Guaba, Rio Grande do Sul e no Laboratrio de Processos Ambientais da PUCRS.

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FUNDAMENTAO TERICA

2.1 Tratamento de guaDe acordo com o artigo 4 da Portaria do Ministrio da Sade 518/04 (Brasil, 2004), pode-se definir gua potvel como gua para consumo humano cujos

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parmetros microbiolgicos, fsicos, qumicos e radioativos atendam ao padro de potabilidade e que no oferea riscos sade. Em geral, as guas superficiais de rios, lagos ou reservatrios de acumulaes so inseguras para consumo humano e necessitam de tratamento pois esses cursos de gua esto sempre expostos a poluio. As diversas etapas do processo de tratamento de gua objetivam oferecer um produto esteticamente aceitvel sem risco para a sade pblica, o que significa gua com ausncia de concentrao prejudicial de substncias qumicas venenosas, ausncia de microorganismos causadores de molstias, o mais baixo nvel de cor, turbidez, slidos em suspenso, sabor, odor, mnima corroso aos metais, menor tendncia possvel de formar depsitos em canalizao e menor concentrao de ferro e mangans.

2.2 Padres de PotabilidadeOs padres de potabilidade podem ser definidos como o conjunto de valores mximos permissveis das caractersticas de qualidade da gua para o consumo humano. No Brasil os padres de potabilidade so definidos pela Portaria do Ministrio da Sade n 518, que estabelece os procedimentos e responsabilidades relativas ao controle e vigilncia da qualidade da gua para consumo humano e seu padro de potabilidade, e d outras providncias. As principais caractersticas de uma gua potvel, segundo a Portaria 518/04 do Ministrio da Sade (Brasil, 2004), so: Isenta de substncias qumicas prejudiciais a sade; Adequada para o servio domstico; Baixa agressividade e dureza, esteticamente agradvel, baixa turbidez, cor, sabor e odor, ausncia de microorganismos; Baixos teores de slidos em suspenso. As tabelas com os valores permissveis para substncias qumicas, turbidez, padres microbiolgicos e outros, encontram-se na Portaria 518/04 do Ministrio da Sade.

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2.3 Parmetros fsico-qumicos importantes para o monitoramento de uma estao de tratamento de gua 2.3.1 CorA cor da gua resultado principalmente dos processos de decomposio que ocorrem no meio ambiente. Tambm se pode ter cor devido presena de alguns ons metlicos como ferro e mangans, plncton, macrfitas e despejos industriais. A cor aparente devida a materiais em suspenso, sendo resultante da reflexo e disperso da luz nas partculas em suspenso, responsveis pela turbidez. A cor verdadeira causada por materiais dissolvidos e colides. As substncias que mais freqentemente adicionam cor a guas naturais so os cidos hmicos. A diferenciao entre cor verdadeira e cor aparente dada pelo tamanho das partculas, isto , pode-se generalizar que partculas com dimetro superior a 1,2m, causam turbidez e com dimetro inferior, j na classe dos colides e substncias dissolvidas causam cor verdadeira (Macdo, 2001).

2.3.2 TurbidezTurbidez de uma amostra de gua o grau de atenuao de intensidade que um feixe de luz sofre ao atravess-la (e esta reduo se d por absoro e espalhamento, uma vez que as partculas que provocam turbidez nas guas so maiores que o comprimento de onda da luz branca), devido presena de slidos em suspenso. A turbidez tambm um parmetro que indica a qualidade esttica das guas para abastecimento pblico. O padro de potabilidade (portaria n 518 de 2004) de 5,0 NTU. Para a sada dos filtros a turbidez deve ser no mximo 2,0 NTU (filtrao lenta) e 1,0 NTU (filtrao rpida). A turbidez prejudica a ao dos agentes desinfetantes, como o cloro, por exemplo, pois acaba protegendo certos microorganismos da ao destes agentes. Alm disso, causa mau aspecto gua, tornando-a turva (Di Bernardo, Di Bernardo, Centurione Filho, 2002).

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2.3.3 pHO termo pH usado universalmente para expressar a intensidade de uma condio cida ou alcalina de uma soluo. Mede a concentrao do on hidrognio ou a sua atividade (Richter, Azevedo Netto, 2002). O pH recomendado para guas potveis pela Portaria 518/04 deve estar entre 6,0 e 9,0.

2.3.4 AlcalinidadeAlcalinidade representa a capacidade que um sistema aquoso tem para neutralizar cidos sem perturbar de forma extrema as atividades biolgicas que nele decorrem (efeito tampo natural da gua). Este parmetro, normalmente usado para descrever a qualidade da gua, um fator de capacidade e no de intensidade (como o pH), da que uma soluo com pH neutro possa ter alcalinidade considervel. A alcalinidade devida principalmente aos carbonatos e bicarbonatos e, secundriamente, aos ons hidrxidos, silicatos, boratos, fosfatos e amnia. A alcalinidade total a soma da alcalinidade produzida por todos esses ons. No tratamento de gua, um fator importante a considerar, pois a reao com o floculante primrio no ocorre se no houver alcalinidade suficiente disponvel.

2.4 Etapas do tratamento de guaO processo tradicional de tratamento de gua dividido em:

2.4.1 ClarificaoO processo de clarificao de gua consiste na manuteno de condies fsicoqumicas tais que os slidos suspensos na gua sejam removidos por sedimentao, sendo necessrio inicialmente neutralizar as cargas negativas da matria em suspenso, seguido da aglutinao das partculas, para aumentar o tamanho. Ou seja, as substncias coagulantes reagem com a alcalinidade do meio, formando polmeros com carga superficial positiva (hidrxidos), atraindo os colides em suspenso, que possuem carga negativa. Neste processo, formam-se flocos mais densos que precipitam com maior velocidade. Esse processo denominado varredura, e 5

o princpio de atuao do sulfato de alumnio (Di Bernardo, Di Bernardo, Centurione Filho, 2002). O mecanismo de coagulao do amido se enquadra no sistema de adsoro e formao de pontes. Segundo Di Bernardo, Di Bernardo e Centurione Filho (2002), a teoria desenvolvida para explicar o comportamento dos polmeros como coagulantes baseada na adsoro dos mesmos superfcie das partculas coloidais, seguida pela reduo da carga ou pelo entrelaamento das partculas pelos polmeros. O processo de sedimentao com coagulantes pode ser dividido em trs etapas (Macdo, 2001): Mistura rpida consiste nas reaes do coagulante com a gua a tratar e na formao de espcies hidrolisadas com carga positiva. Depende da concentrao do metal e pH final da mistura. Formao do floco fundamentalmente fsico, consiste no transporte das espcies hidrolisadas para que haja contato com as impurezas presentes na gua, formando partculas maiores denominadas flocos. O processo rpido, variando de dcimos de segundo a cerca de 100 segundos e depende de algumas caractersticas, como pH, temperatura e quantidade de impurezas. Nesta etapa h necessidade de agitao relativamente lenta, para que possa ocorrer o contato entre as espcies hidrolisadas e as impurezas. Sedimentao a velocidade nesta etapa ainda mais lenta para permitir a completa deposio dos flocos no fundo do decantador.

2.4.1.1

Ensaio de coagulao (Jar-test )

O ensaio de coagulao um procedimento de rotina em estaes de tratamento de gua para determinar a dosagem dos produtos qumicos utilizados no tratamento. Pode-se dizer que uma simulao do que ocorre na ETA. Para realizar este ensaio, necessrio que se conhea previamente as seguintes caractersticas da gua bruta: cor, turbidez, alcalinidade, pH e temperatura; alm de parmetros hidrulicos da estao de tratamento, tais como: vazo, tempo de deteno no floculador, velocidade de sedimentao no decantador, etc.

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O ensaio de coagulao no uma operao muito simples, pois devem ser consideradas algumas variveis do processo, como a cor e turbidez da gua bruta; se a alcalinidade natural da gua suficiente, se o pH est dentro da faixa tima de floculao, o tipo de coagulante empregado, etc. (Brasil. Fundao Nacional de Sade. Manual prtico de anlise de gua. 2006).

2.4.2 FiltraoA filtrao um processo de separao slido-lquido, envolvendo fenmenos fsicos, qumicos e s vezes biolgicos. Visa remoo das impurezas da gua por sua passagem atravs de um meio poroso.

2.4.3 DesinfecoEtapa onde so adicionados produtos qumicos para eliminao de microorganismos no removidos na etapa de filtrao, como cloro ou oznio.

2.5 Uso de auxiliares de floculaoSegundo Di Bernardo e Di Bernardo (2000), algumas das principais vantagens da utilizao de polmeros orgnicos ou inorgnicos como auxiliares de floculao em uma estao de tratamento de gua so: Melhoria da qualidade da gua decantada e filtrada; Reduo no consumo de coagulante primrio; Reduo dos gastos totais com produtos qumicos; Reduo do volume de lodo no decantador; Aumento do perodo mdio entre lavagens dos filtros. Apesar dos benefcios oferecidos pelos polmeros, no h informaes suficientes sobre os compostos formados por eles durante o tratamento, por isso, o uso de um polmero natural, pode ser mais interessante do que um polmero sinttico. Segundo Di Bernardo e Di Bernardo (2000), o emprego de polmeros naturais deve ser investigado e estimulado de forma que os produtos potencialmente perigosos

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possam ser substitudos com vantagens, levando em conta, principalmente, o aspecto da sade pblica.

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METODOLOGIAOs procedimentos e mtodos utilizados esto descritos a seguir:

3.1 Coleta de amostrasAs amostras foram coletadas na ETA da Corsan, do Municpio de Guaba, montante do medidor de vazo (Calha Parshall). Foram realizadas duas coletas, uma em dia chuvoso, o que elevou bastante a turbidez e a cor da gua e a outra em condies normais, com turbidez relativamente baixa.

3.2 Teste de JarrosO teste foi realizado com o intuito de se conhecer a quantidade de coagulante a ser dosada para se obter a floculao ideal, que determinada pelas melhores condies de formao dos flocos (tamanho e tempo de sedimentao), turbidez, cor e pH. A determinao das condies ideais de formao de flocos ser feita por anlise visual, obedecendo aos parmetros utilizados no laboratrio de anlises fsico-qumicas da Corsan do Municpio de Guaba:Floculao 0 - No floculou 1 - Mido 2 - Regular 3 - Bom 4 - timo Velocidade de sedimentao 0 - No sedimentou 1 - Lenta 2 - Regular 3 - Bom 4 - timo

Combinada melhor condio de floculao escolhida a amostra com menor turbidez e cor. A menor variao de pH tambm desejvel, para que este no necessite de ajustes posteriores. O equipamento utilizado nos testes ilustrado pela Figura 1.

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Figura 1 Equipamento para teste de jarros do LAPA

O teste foi realizado de acordo com procedimentos do LAPA: Prepara-se as solues de floculante. O sulfato de alumnio a 1% e o amido de batata a 1%; Completa-se cada um dos seis jarros com 1 litro de amostra; Colocam-se as dosagens teste nos tubos de ensaio, para posterior adio aos jarros; Escolhe-se a velocidade de rotao do agitador, para a melhor formao dos flocos. Inicialmente, deve-se utilizar uma agitao maior, para que o floculante seja distribudo uniformemente na amostra. A segunda etapa, onde ocorre a formao dos flocos em si, no deve ter agitao muito intensa, caso contrrio os flocos no se formam, e nem muito branda, pois no simularia as condies de vazo de entrada da estao de tratamento. Neste caso, optou-se por uma rotao inicial de 150 rpm durante 1min, seguida de 15min sob rotao de 30 rpm; A adio do sulfato de alumnio feita no incio da mistura rpida (150 rpm), juntamente com o acionamento do agitador; A adio do amido feita 5 minutos aps o incio da mistura lenta (30 rpm), onde j h formao de flocos, pois segundo Di Bernardo e Di Bernardo (2000), o polmero tem melhor atuao sobre o floco j formado; 9

O tempo de pausa de aproximadamente 15 minutos, para que haja sedimentao dos flocos; Coleta-se amostras de cada jarro para realizar ensaios de cor, pH e turbidez. Os equipamentos utilizados para as anlises de turbidez e pH esto apresentados nas figuras 2 e 3 respectivamente.

Figura 2 Turbidmetro

Figura 3 - Medidor de pH

3.2.1 Determinao das combinaes e dosagens ideaisAs melhores dosagens e combinaes utilizadas de sulfato de alumnio e amido de batata foram escolhidas de acordo com o procedimento a seguir: Realizou-se um teste inicial somente com sulfato de alumnio para determinar a melhor dosagem deste. O melhor jarro tem a melhor condio de floculao e

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sedimentao e a mais baixa turbidez e cor, utilizando a menor dosagem de floculante possvel. Com a dosagem ideal, variou-se a dosagem de amido. Novamente, o melhor jarro ser o que contm a melhor condio de floculao e sedimentao e a mais baixa turbidez e cor, utilizando a menor dosagem de floculante e auxiliar de floculao possvel. Determinadas as melhores dosagens, reduziu-se a quantidade de sulfato de alumnio a condies onde houvesse floculao, sedimentao e turbidez abaixo do satisfatrio, mas suficientes para que, combinadas ao amido, os resultados fossem prximos aos obtidos com a dosagem ideal de sulfato de alumnio. Com a combinao ideal, simulou-se o tratamento completo. A simulao foi realizada na estao de tratamento de gua piloto do Laboratrio de Processos Ambientais (LAPA), na PUCRS.

3.3 Estao de TratamentoA estao piloto do LAPA, representada na Figura 4, possui trs compartimentos: floculador, decantador e filtro. A gua tratada segue para um reservatrio. A amostra entra no floculador com vazo de 175 mL/min. Na mesma cmara de floculao, adicionado o sulfato de alumnio a 2 mL/min, bem prximo ao agitador, para simular o estgio de mistura rpida. O amido dosado no incio da cmara de sedimentao, a 2 mL/min, simulando o estgio de mistura lenta. A rotao utilizada no agitador foi de 80 rpm. Estas vazes foram escolhidas para aproximar ao mximo as condies reais de uma estao de tratamento de gua. Aps a formao dos flocos a gua segue para a segunda etapa que a decantao. Nesta etapa, o gradiente de velocidade muito baixo, o que favorece a decantao dos slidos por gravidade. A gua decantada sai no topo do tanque de sedimentao e segue para o filtro. As partculas que no sedimentaram, ficam retidas no meio poroso do filtro, constitudo de quatro camadas de areia com granulometrias diferentes. Por fim a gua tratada segue para o reservatrio, onde poder receber tratamento para desinfeco.

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Figura 4 - Estao piloto de tratamento de gua do LAPA

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RESULTADOS E DISCUSSES

4.1 Teste de jarrosPara obter indicativos de dosagens de floculante a utilizar, realizaram-se as anlises fsico-qumicas necessrias ao teste de clarificao, conforme Tabela 1.Tabela 1 - Dados da amostra bruta Parmetros Amostra 1 Amostra 2 Turbidez (NTU) 140,5 32,5 pH 7,2 7,1 Cor (Pt/Co) 880 220 Alcalinidade (mg/L CaCO3) 14 16

No teste de jarros, foram obtidas inicialmente as dosagens ideais de sulfato de alumnio, de amido de batata e posteriormente a combinao destes. Os resultados so apresentados nas tabelas 2 e 3:Tabela 2 - Dosagem ideal de sulfato de alumnioAl2SO3 (ppm) Amostra 1 Amostra 2 33 22 Amido (ppm) Turbidez (NTU) 4,4 3,43 pH 5,8 Floculao 4 4 Velocidade Sedimentao 4 4 Cor (mg/L Pt-Co) -

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Tabela 3 - Dosagem ideal de sulfato de alumnio + amido de batataAl2SO3 (ppm) Amostra 1 Amostra 2 27 19 Amido (ppm) 20 25 Turbidez (NTU) 4,56 5,6 pH 6,3 6,1 Floculao 4 4 Velocidade Sedimentao 3 2 Cor (mg/L Pt-Co) 20

Os resultados dos testes de jarros indicam que, para a etapa de clarificao, o sulfato de alumnio mostra-se mais eficaz individualmente do que combinado com o amido. Os resultados obtidos com a combinao com amido tambm so satisfatrios. Para simular o tratamento completo, submeteu-se a amostra a um teste na estao piloto de tratamento de gua do LAPA.

4.2 Simulao na estao piloto de tratamento de gua do Laboratrio de Processos Ambientais da PUCRSPor se tratar de uma condio mais prxima da rotina da ETA de Guaba, optou-se por utilizar a amostra 2 na estao piloto. Esta amostra possua turbidez e cor baixas, condizentes com a condio normal de operao da ETA. As solues foram diludas a uma proporo que atendesse as dosagens de 19 mg/L sulfato de alumnio e 25mg/L amido de batata. Os resultados obtidos, apresentados na Tabela 4, atendem aos parmetros exigidos pela Portaria 518/04:Tabela 4 - Amostra 2 aps tratamento Parmetros Amostra 2 aps tratamento Turbidez (NTU) 0,92 pH 5,9 Cor (PT/Co) 5,0 Alcalinidade (mg/L CaCO3) 4,0

Embora o pH esteja um pouco abaixo do valor recomendado pelo Ministrio da Sade (6,0 a 9,0), este pode ser facilmente corrigido com um alcalinizante. A ETA da Corsan de Guaba trabalha com vazo de aproximadamente 320L/s. Por se tratar de uma estao piloto, a vazo mxima atingida foi de 175mL/min de gua, trabalhando com a capacidade mxima da bomba. Considerando que, na estao piloto, as etapas de mistura rpida e mistura lenta no so bem definidas, j que o nico compartimento com agitao mecnica o floculador, e que a velocidade de rotao mxima do agitador de 80

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rpm, tem-se que a eficincia da etapa de clarificao foi diminuda na estao piloto. Os testes de clarificao no jar-test apresentaram resultados bem melhores que a simulao na ETA piloto. Visto que a condio de simulao do teste de jarros bem mais prxima das condies reais da ETA de Guaba, espera-se resultados ainda melhores do que os obtidos na ETA piloto, que foram satisfatrios.

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CONCLUSESFrente aos resultados obtidos, pode-se afirmar que a combinao do sulfato de

alumnio como floculante primrio e do amido de batata como um floculante auxiliar tem a mesma eficincia que o uso individual do sulfato de alumnio, quando do seu uso em propores adequadas. Nesta combinao, foi possvel reduzir a dosagem de sulfato de alumnio em torno de 20%, ou seja, o lodo gerado no processo contm 20% a menos de resduo de alumnio, substitudo por um composto biodegradvel (polmero resultante do amido). Para a complementao deste estudo, pode-se sugerir novos testes utilizando outros tipos de amido, tanto naturais quanto modificados, pois alguns estudos existentes mostram que estes tambm tem uma boa eficincia no processo de clarificao. Sugere-se tambm, que sejam feitos estudos sobre a composio do lodo utilizando este tratamento, em comparao ao tratamento convencional.

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AGRADECIMENTOSA CORSAN do municpio de Guaba, por disponibilizar seu laboratrio e amostras. Ao Laboratrio de Processos Ambientais da PUCRS, por disponibilizar os

equipamentos e as tcnicas para a realizao dos ensaios.

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REFERNCIAS

Brasil. Fundao Nacional de Sade. Manual prtico de anlise de gua. 2 ed. Braslia: Fundao Nacional de Sade, 2006. Disponvel em: www.funasa.gov.br. Acesso em 27 de junho de 2010.

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Brasil. Portaria do Ministrio da Sade n 518 de 2004. Disponvel em: http://portal.saude.gov.br/portal/arquivos/pdf/portaria_518.pdf. Acesso em: 02 de abril de 2010. Di Bernardo, Angela; Di Bernardo, Luis. Uso de amido de mandioca catinico como auxiliar de floculao. XXVII Congresso Interamericano de Engenharia Sanitria e Ambiental, Porto Alegre, 2000. Di Bernardo, Luis.; Di Bernardo, Angela; Centurione Filho, Paulo Luis; Ensaios de Tratabilidade de gua e dos Resduos Gerados em Estaes de Tratamento de gua. So Carlos: Ed. RiMa, 2002. Macdo, Jorge Antnio Barros de; guas & guas. So Paulo: Livraria Varela, 2001. Piveli, Roque Passos; Ferreira Filho, Sidney Seckler; Apostila Coagulao e Floculao. Escola Politcnica da USP. Departamento de Engenharia Hidrulica e Sanitria, 2004. Richter; Carlos A.; Azevedo Netto, Jos M. de. Tratamento de gua. So Paulo: Ed. Edgard Blcher, 1991. Wessler, Ronaldo Adriano; Amorim, Sheila de; Cavalli, Viviane; Estudo da viabilidade tcnica e econmica da utilizao de um polmero orgnico natural catinico em substituio ao sulfato de alumnio convencionalmente utilizado em estaes de tratamento de gua.

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